Definição de Tetz. Tipos e tipos de usinas termelétricas modernas (TPP)

usina combinada de calor e energia

Os esquemas mais simples de usinas combinadas de calor e energia com várias turbinas e vários esquemas de liberação de vapor
a - uma turbina com contrapressão e extração de vapor, liberação de calor - de acordo com um esquema aberto;
b - turbina de condensação com extração de vapor, fornecimento de calor - de acordo com os esquemas aberto e fechado;
PC - caldeira a vapor;
PP - superaquecedor;
PT - turbina a vapor;
G - gerador elétrico;
K - capacitor;
P - extração de vapor de produção regulamentada para as necessidades tecnológicas da indústria;
T - extração de calor ajustável para aquecimento;
TP - consumidor de calor;
DE - carga de aquecimento;
KN e PN - bombas de condensado e alimentação;
LDPE e HDPE - aquecedores de alta e baixa pressão;
D - desaerador;
PB - tanque de água de alimentação;
SP - aquecedor de rede;
CH - bomba de rede.

Usina Termelétrica (CHP)- uma central térmica que produz não só energia eléctrica, mas também calor fornecido aos consumidores sob a forma de vapor e água quente. A utilização para fins práticos do calor residual de motores geradores elétricos rotativos é característica distintiva CHP e é chamado de aquecimento urbano. produção combinada energia de dois tipos contribui para um uso mais econômico de combustível em comparação com a geração separada de eletricidade em usinas de condensação (na URSS - GRES) e energia térmica em caldeiras locais. A substituição das casas de caldeiras locais, que usam combustível irracionalmente e poluem a atmosfera das cidades e vilas, por um sistema de aquecimento centralizado contribui não só para uma economia significativa de combustível, mas também para um aumento da pureza da bacia aérea e uma melhoria na as condições sanitárias das áreas povoadas.

Descrição

A fonte inicial de energia em CHPPs é o combustível orgânico (na turbina a vapor e turbina a gás CHP) ou combustível nuclear (nas centrais nucleares). As usinas de cogeração de turbina a vapor a combustível fóssil são predominantemente usadas, que, juntamente com as usinas de condensação, são o principal tipo de usinas de turbina a vapor térmica (TPES). Existem plantas CHP do tipo industrial - para fornecer calor a empresas industriais e tipo de aquecimento - para aquecer edifícios residenciais e públicos, bem como para abastecê-los com água quente. O calor das usinas térmicas industriais é transferido a uma distância de até vários quilômetros (principalmente na forma de calor a vapor), das usinas de aquecimento - a uma distância de até 20 a 30 km (na forma de calor de água quente).

Usina a carvão na Inglaterra

Turbinas de aquecimento

Os principais equipamentos das usinas de cogeração de turbina a vapor são unidades de turbina que convertem a energia da substância de trabalho (vapor) em energia elétrica e unidades de caldeira que produzem vapor para turbinas. O conjunto de turbina inclui uma turbina a vapor e um gerador síncrono. As turbinas a vapor usadas em usinas de cogeração são chamadas de turbinas combinadas de calor e energia (CTs). Entre eles, destacam-se os TTs: com contrapressão, geralmente igual a 0,7-1,5 MN / m 2 (instalados em usinas termelétricas que abastecem empresas industriais com vapor); com condensação e extração de vapor sob pressão 0,7-1,5 MN/m 2 (para consumidores industriais) e 0,05-0,25 MN/m 2 (para consumidores domésticos); com condensação e extração de vapor (aquecimento) sob pressão 0,05-0,25 MN/m2.

O calor residual dos TCs de contrapressão pode ser totalmente utilizado. No entanto, a potência elétrica desenvolvida por tais turbinas depende diretamente da magnitude da carga térmica e, na ausência desta (como é o caso, por exemplo, em horário de verão no aquecimento de centrais de cogeração) não geram energia eléctrica. Portanto, os TCs com contrapressão são usados apenas se houver uma carga de calor suficientemente uniforme fornecida para toda a duração da operação do CHP (ou seja, principalmente em CHPs industriais).

Para bombas de calor com condensação e extração de vapor, apenas o vapor de extração é usado para fornecer calor aos consumidores, e o calor do fluxo de vapor de condensação é liberado no condensador para a água de resfriamento e é perdido. Para reduzir as perdas de calor, tais TCs devem funcionar na maioria das vezes de acordo com o esquema "térmico", ou seja, com uma passagem mínima de "ventilação" de vapor para o condensador. Os TCs com condensação e extração de vapor são predominantemente usados em CHPPs como universais em termos de modos de operação possíveis. Seu uso permite ajustar as cargas térmicas e elétricas de forma quase independente; em um caso particular, com cargas térmicas reduzidas ou na sua ausência, a central de cogeração pode operar de acordo com o cronograma "elétrico", com a potência elétrica necessária, plena ou quase plena.

Potência das unidades de turbina de cogeração

A energia elétrica das unidades de turbina de cogeração (ao contrário das unidades de condensação) é preferencialmente escolhida não de acordo com uma determinada escala de potência, mas de acordo com a quantidade de vapor fresco consumida por elas. Assim, as turbinas R-100 com contrapressão, PT-135 com extrações industriais e de aquecimento e T-175 com extração de aquecimento têm o mesmo consumo de vapor vivo (cerca de 750 t/h), mas diferentes potências elétricas (respectivamente 100, 135 e 175 MW). As caldeiras que geram vapor para essas turbinas têm a mesma capacidade (cerca de 800 t/h). Essa unificação possibilita a utilização de unidades de turbinas de vários tipos com o mesmo equipamento térmico de caldeiras e turbinas em uma CHPP. Na URSS, também foram unificadas as unidades de caldeiras que trabalhavam nas UTEs para diversos fins. Assim, caldeiras com capacidade de vapor de 1000 t/h são usadas para fornecer vapor tanto para turbinas de condensação de 300 MW quanto para as maiores HPs de 250 MW do mundo.

A pressão de vapor fresco em CHPPs é aceita na URSS como ~ 13-14 MN/m 2 (principalmente) e ~ 24-25 MN/m 2 (nas maiores unidades termelétricas - com capacidade de 250 MW). Nos CHPPs com pressão de vapor de 13-14 MN/m 2 , ao contrário dos GRESs, não há superaquecimento intermediário do vapor, pois nesses CHPPs não oferece vantagens técnicas e econômicas tão significativas quanto nos GRESs. As unidades de potência com capacidade de 250 MW em CHPPs com carga de aquecimento são executadas com superaquecimento de vapor intermediário.

INTRODUÇÃO quatro

1 CHP CENTRAIS DE ENERGIA.. 5

1.1 Características gerais. 5

1.2 Diagrama esquemático do CHP.. 10

1.3 O princípio de funcionamento da cogeração. onze

1.4 Consumo de calor e eficiência da cogeração……………………………………………………..15

2 COMPARAÇÃO DE CHPPS RUSSO COM ESTRANGEIRO .. 17

2.1 China. 17

2.2 Japão. dezoito

2.3 Índia. 19

2.4 Reino Unido. vinte

CONCLUSÃO. 22

REFERÊNCIAS.. 23

INTRODUÇÃO

A cogeração é o principal elo de produção do sistema de aquecimento urbano. A construção de uma usina termelétrica é uma das principais direções no desenvolvimento da economia energética na URSS e em outros países socialistas. Nos países capitalistas, as termelétricas são de distribuição limitada (principalmente termelétricas industriais).

Usinas combinadas de calor e energia (CHP) - centrais Elétricas com geração combinada de eletricidade e calor. Eles são caracterizados pelo fato de que o calor de cada quilograma de vapor retirado da turbina é usado em parte para gerar energia elétrica e depois para consumidores de vapor e água quente.

CHP é projetado para o fornecimento centralizado de empresas industriais e cidades com calor e eletricidade.

O planejamento de produção técnica e economicamente justificado nas CHPPs permite alcançar o maior desempenho operacional com o menor custo de todos os tipos de recursos produtivos, pois nas CHPPs, o calor do vapor "gasto" nas turbinas é utilizado para as necessidades de produção, aquecimento e abastecimento de água quente.

CENTRAIS DE ENERGIA CHP

Usina combinada de calor e energia - uma usina que gera energia elétrica convertendo a energia química do combustível em energia mecânica de rotação do eixo de um gerador elétrico.

características gerais

Usina combinada de calor e energia - usina termelétrica , gerando não apenas energia elétrica, mas também calor fornecido aos consumidores na forma de vapor e água quente. A utilização para fins práticos do calor residual de motores que giram geradores elétricos é uma característica distintiva da cogeração e é chamada de Cogeração. A produção combinada de dois tipos de energia contribui para um uso mais econômico do combustível em comparação com a geração separada de eletricidade em usinas de condensação e energia térmica em caldeiras locais. Substituir as caldeiras locais que usam combustível irracionalmente e poluem a atmosfera das cidades e vilas por um sistema de aquecimento centralizado contribui não apenas para uma economia significativa de combustível, mas também para um aumento da pureza da bacia de ar , melhoria das condições sanitárias das áreas povoadas.

A fonte inicial de energia nos CHPPs é o combustível orgânico (nos CHPPs de turbina a vapor e turbina a gás) ou combustível nuclear (nos CHPPs nucleares planejados). CHPPs de turbinas a vapor operando com combustíveis fósseis (1976) são predominantemente distribuídos ( arroz. 1), que, juntamente com as usinas de condensação, são o principal tipo de usinas termelétricas a vapor (TPES). Existem plantas CHP do tipo industrial - para fornecer calor a empresas industriais e tipo de aquecimento - para aquecer edifícios residenciais e públicos, bem como para abastecê-los com água quente. O calor das plantas industriais de cogeração é transferido por uma distância de até vários km(principalmente na forma de calor a vapor), do aquecimento - a uma distância de até 20-30 km(na forma de calor de água quente).

O principal equipamento dos CHPPs de turbina a vapor são unidades de turbina que convertem a energia da substância de trabalho (vapor) em energia elétrica e unidades de caldeira , geração de vapor para turbinas. O conjunto de turbina é composto por uma turbina a vapor e um gerador síncrono. As turbinas a vapor usadas em usinas de cogeração são chamadas de turbinas combinadas de calor e energia (CTs). Entre eles, destaca-se o TT: com uma contrapressão, geralmente igual a 0,7-1,5 Mn/m 2 (instalados em CHPPs que fornecem vapor a empresas industriais); com condensação e extração de vapor sob pressão 0,7-1,5 Mn/m 2 (para consumidores industriais) e 0,05-0,25 Mn/m 2 (para consumidores domésticos); com condensação e extração de vapor (aquecimento) sob pressão 0,05-0,25 Mn/m 2 .

O calor residual dos TCs de contrapressão pode ser totalmente utilizado. No entanto, a energia elétrica desenvolvida por tais turbinas depende diretamente da magnitude da carga térmica e, na ausência desta (como, por exemplo, acontece no verão em usinas de cogeração), elas não produzem energia elétrica. Portanto, os TCs com contrapressão são usados apenas se houver uma carga de calor suficientemente uniforme fornecida para toda a duração da operação do CHP (ou seja, principalmente em CHPs industriais).

Para bombas de calor com condensação e extração de vapor, apenas o vapor de extração é usado para fornecer calor aos consumidores, e o calor do fluxo de vapor de condensação é liberado no condensador para a água de resfriamento e é perdido. Para reduzir as perdas de calor, tais TCs devem operar na maior parte do tempo de acordo com a programação "térmica", ou seja, com uma passagem mínima de "ventilação" de vapor para o condensador. Na URSS, foram desenvolvidos e construídos HPs com condensação e extração de vapor, nos quais se prevê o uso de calor de condensação: tais HPs em condições de carga térmica suficiente podem operar como HPs com contrapressão. Os TCs com condensação e extração de vapor são predominantemente usados em CHPPs como universais em termos de modos de operação possíveis. Seu uso permite ajustar as cargas térmicas e elétricas de forma quase independente; em um caso particular, com cargas térmicas reduzidas ou na sua ausência, a central de cogeração pode operar de acordo com a programação “elétrica”, com a potência elétrica necessária, plena ou quase plena.

A potência elétrica das unidades de turbinas de aquecimento (ao contrário das unidades de condensação) é preferencialmente escolhida não de acordo com uma determinada escala de potência, mas de acordo com a quantidade de vapor fresco consumida por elas. Portanto, na URSS, as grandes unidades de turbina de cogeração são unificadas precisamente de acordo com esse parâmetro. Assim, as turbinas R-100 com contrapressão, PT-135 com extrações industriais e de aquecimento e T-175 com extrações de aquecimento têm a mesma vazão de vapor vivo (cerca de 750 t/h), mas diferentes potências elétricas (respectivamente 100, 135 e 175 MW). As caldeiras que geram vapor para essas turbinas têm a mesma capacidade (cerca de 800 t/h). Essa unificação possibilita a utilização de unidades de turbinas de vários tipos com o mesmo equipamento térmico de caldeiras e turbinas em uma CHPP. Na URSS, também foram unificadas as unidades de caldeiras que trabalhavam nas UTEs para diversos fins. Assim, unidades de caldeira com capacidade de vapor de 1000 t/h usado para fornecer vapor como turbinas de condensação para 300 MW, e os maiores TTs do mundo com 250 MW.

A carga de calor nas usinas de cogeração é desigual ao longo do ano. A fim de reduzir o custo dos principais equipamentos de energia, parte do calor (40-50%) durante os períodos de maior carga é fornecida aos consumidores das caldeiras de água quente de pico. A parcela de calor liberada pelo equipamento de energia principal na carga mais alta determina o valor do coeficiente de fornecimento de calor CHP (geralmente igual a 0,5-0,6). De maneira semelhante, é possível cobrir os picos da carga industrial térmica (vapor) (cerca de 10-20% do máximo) com caldeiras de vapor de pico não alta pressão. A liberação de calor pode ser realizada de acordo com dois esquemas ( arroz. 2). Com um circuito aberto, o vapor das turbinas é enviado diretamente aos consumidores. Com um circuito fechado, o calor é fornecido ao refrigerante (vapor, água) transportado para os consumidores através de trocadores de calor (vapor e vapor-água). A escolha do esquema é determinada em grande medida pelo regime hídrico da CHPP.

As usinas termelétricas utilizam combustíveis sólidos, líquidos ou gasosos. Devido à maior proximidade das usinas termelétricas às áreas povoadas, elas utilizam combustível mais valioso, poluindo menos a atmosfera com emissões de sólidos – óleo combustível e gás – mais amplamente (em comparação com a usina distrital estadual). Para proteger a bacia do ar da poluição com partículas sólidas, são usados coletores de cinzas (como na estação de energia do distrito estadual). , para dispersão na atmosfera de partículas sólidas, óxidos de enxofre e nitrogênio, as chaminés são construídas até 200-250 m. As centrais de cogeração construídas perto dos consumidores de calor são normalmente separadas das fontes de abastecimento de água a uma distância considerável. Portanto, a maioria das usinas termelétricas usa um sistema de abastecimento de água circulante com resfriadores artificiais - torres de resfriamento. O abastecimento de água de fluxo direto em usinas de cogeração é raro.

Nas usinas de cogeração com turbina a gás, as turbinas a gás são usadas para acionar geradores elétricos. O fornecimento de calor aos consumidores é realizado devido ao calor retirado do resfriamento do ar comprimido pelos compressores da usina de turbina a gás e ao calor dos gases expelidos na turbina. Usinas de ciclo combinado (equipadas com turbinas a vapor e turbinas a gás) e usinas nucleares também podem operar como CHPPs.

Arroz. 1. Vista geral da central combinada de calor e energia.

Arroz. Fig. 2. Os esquemas mais simples de usinas combinadas de calor e energia com várias turbinas e vários esquemas de liberação de vapor: a - uma turbina com contrapressão e extração de vapor, liberação de calor - de acordo com um esquema aberto; b - turbina de condensação com extração de vapor, fornecimento de calor - de acordo com os esquemas aberto e fechado; PC - caldeira a vapor; PP - superaquecedor; PT - turbina a vapor; G - gerador elétrico; K - capacitor; P - extração de vapor de produção regulamentada para as necessidades tecnológicas da indústria; T - extração de calor ajustável para aquecimento; TP - consumidor de calor; DE - carga de aquecimento; KN e PN - bombas de condensado e alimentação; LDPE e HDPE - aquecedores de alta e baixa pressão; D - desaerador; PB - tanque de água de alimentação; SP - aquecedor de rede; CH - bomba de rede.

Diagrama esquemático do CHP

Arroz. 3. Diagrama esquemático do CHP.

Ao contrário da CPP, a CHPP gera e vende aos consumidores não apenas eletricidade, mas também energia térmica na forma de água quente e vapor.

Para fornecer água quente, são utilizados aquecedores de rede (caldeiras), nos quais a água é aquecida pelo vapor da extração de calor da turbina até a temperatura necessária. A água nos aquecedores de rede é chamada de rede. Após o resfriamento nos consumidores, a água da rede é novamente bombeada para os aquecedores da rede. O condensado da caldeira é bombeado para o desaerador.

O vapor fornecido à produção é utilizado pelos consumidores da planta para diversos fins. A natureza desta utilização depende da possibilidade de devolver o condensado de produção ao KA CHPP. O condensado retornado da produção, se sua qualidade atender aos padrões de produção, é enviado ao desaerador por uma bomba instalada após o tanque de coleta. Caso contrário, ele é alimentado na WLU para processamento apropriado (desalinização, amolecimento, remoção de ferro, etc.).

CHP é geralmente equipado com naves espaciais de tambor. A partir dessas naves, uma pequena parte da água da caldeira é descarregada com sopro no expansor de purga contínua e depois através do trocador de calor é descarregada no dreno. A água descarregada é chamada de água de purga. O vapor obtido no expansor geralmente é enviado para o desaerador.

O princípio de funcionamento do CHP

Consideremos o esquema tecnológico básico do CHPP (Fig. 4), que caracteriza a composição de suas partes, a sequência geral dos processos tecnológicos.

Arroz. 4. Diagrama esquemático da planta CHP.

A estrutura do CHPP inclui uma economia de combustível (TF) e dispositivos para a sua preparação antes da combustão (PT). A economia de combustível inclui dispositivos de recebimento e descarga, mecanismos de transporte, depósitos de combustível, dispositivos para preparação preliminar de combustível (plantas de britagem).

Os produtos da combustão do combustível - gases de combustão são aspirados por exaustores de fumaça (DS) e descarregados através de chaminés (DTR) na atmosfera. A parte não combustível dos combustíveis sólidos cai no forno na forma de escória (Sh), e uma parte significativa na forma pequenas partículas levado com gases de combustão. Para proteger a atmosfera da liberação de cinzas volantes, coletores de cinzas (AS) são instalados na frente dos exaustores de fumaça. As escórias e cinzas são geralmente removidas para depósitos de cinzas. O ar necessário para a combustão é fornecido à câmara de combustão por ventiladores. Exaustores de fumaça, chaminé, ventiladores de explosão compõem a instalação de tiragem da estação (TDU).

As seções listadas acima formam um dos principais caminhos tecnológicos - o caminho combustível-gás-ar.

O segundo caminho tecnológico mais importante de uma usina de turbina a vapor é o de vapor-água, incluindo a parte vapor-água do gerador de vapor, um motor térmico (TD), principalmente uma turbina a vapor, uma unidade de condensação, incluindo um condensador ( K) e uma bomba de condensado (KN), um sistema técnico de abastecimento de água (TV) com bombas de água de refrigeração (NOV), estação de tratamento e alimentação de água, incluindo tratamento de água (VO), aquecedores de alta e baixa pressão (HPV e HDPE), bombas de alimentação (PN), bem como tubulações de vapor e água.

No sistema do caminho combustível-gás-ar, a energia quimicamente ligada do combustível durante a combustão na câmara de combustão é liberada na forma de energia térmica transmitida por radiação e convecção através das paredes metálicas do sistema de tubulação do gerador de vapor para a água. e o vapor formado a partir da água. A energia térmica do vapor é convertida na turbina em energia cinética do fluxo transferido para o rotor da turbina. A energia mecânica de rotação do rotor da turbina conectada ao rotor de um gerador elétrico (EG) é convertida em energia corrente elétrica alocado menos seu próprio consumo ao consumidor elétrico.

O calor do fluido de trabalho que trabalhou nas turbinas pode ser usado para as necessidades dos consumidores externos de calor (TP).

O consumo de calor ocorre nas seguintes áreas:

1. Consumo para fins tecnológicos;

2. Consumo para aquecimento e ventilação de edifícios residenciais, públicos e industriais;

3. Consumo para outras necessidades domésticas.

O cronograma de consumo de calor tecnológico depende das características de produção, modo de operação, etc. A sazonalidade do consumo neste caso ocorre apenas em casos relativamente raros. Na maioria das empresas industriais, a diferença entre o consumo de calor no inverno e no verão para fins tecnológicos é insignificante. Uma pequena diferença é obtida apenas no caso de utilização de parte do vapor do processo para aquecimento, bem como devido ao aumento da perda de calor no inverno.

Para os consumidores de calor, com base em vários dados operacionais, são definidos indicadores de energia, ou seja, taxas de consumo Vários tipos produção de calor por unidade de produção.

O segundo grupo de consumidores, abastecido com calor para fins de aquecimento e ventilação, caracteriza-se por uma uniformidade significativa de consumo de calor ao longo do dia e uma acentuada irregularidade de consumo de calor ao longo do ano: de zero no verão a um máximo no inverno.

A saída de calor do aquecimento depende diretamente da temperatura externa, ou seja, de fatores climáticos e meteorológicos.

Quando o calor é liberado da planta, o vapor e a água quente aquecidos nos aquecedores da rede pelo vapor das extrações da turbina podem servir como transportadores de calor. A questão de escolher um ou outro refrigerante e seus parâmetros é decidida com base nos requisitos da tecnologia de produção. Em alguns casos, o vapor de baixa pressão usado na produção (por exemplo, após martelos a vapor) é usado para fins de aquecimento e ventilação. Às vezes, o vapor é usado para aquecer edifícios industriais para evitar a instalação de um sistema de aquecimento de água quente separado.

A liberação lateral de vapor para fins de aquecimento é claramente inadequada, pois as necessidades de aquecimento podem ser facilmente satisfeitas com água quente, deixando todo o vapor de aquecimento condensado na estação.

A liberação de água quente para fins tecnológicos é relativamente rara. Os consumidores de água quente são apenas indústrias que a utilizam para lavagem a quente e outros processos semelhantes, e a água poluída não é mais devolvida à estação.

A água quente fornecida para fins de aquecimento e ventilação é aquecida na estação em aquecedores de rede com vapor de uma pressão de extração regulada de 1,17-2,45 bar. A esta pressão, a água é aquecida a uma temperatura de 100-120.

No entanto, quando Baixas temperaturas férias ao ar livre grandes quantidades o calor a tal temperatura da água torna-se impraticável, pois a quantidade de água que circula na rede e, consequentemente, o consumo de eletricidade para bombeá-la aumenta acentuadamente. Portanto, além dos aquecedores principais alimentados com vapor de extração controlada, são instalados aquecedores de pico, aos quais é fornecido vapor de aquecimento com pressão de 5,85-7,85 bar a partir de uma extração de pressão mais alta ou diretamente das caldeiras através de uma unidade de refrigeração redutora .

Quanto maior a temperatura inicial da água, menor o consumo de energia para o acionamento das bombas da rede, bem como o diâmetro dos tubos de calor. Atualmente, em aquecedores de pico, a água é mais frequentemente aquecida a uma temperatura de 150°C do consumidor; com uma carga puramente de aquecimento, geralmente tem uma temperatura de cerca de 70°C.

1.4. Consumo de calor e eficiência do CHP

As usinas combinadas de calor e energia liberam eletricidade e calor para os consumidores com o vapor que foi esgotado na turbina. Na União Soviética, é costume distribuir os custos de calor e combustível entre esses dois tipos de energia:

2) para a produção e liberação de calor:

	,	(3.3)
	,	(3.3a)

Onde - consumo de calor para um consumidor externo; - fornecimento de calor ao consumidor; h t é a eficiência do fornecimento de calor por uma usina de turbina, levando em consideração as perdas de calor durante sua liberação (em aquecedores de rede, tubulações de vapor, etc.); h t = 0,98¸0,99.

Consumo total de calor para a usina de turbina Q tu é composto pelo equivalente térmico da potência interna da turbina 3600 N i, consumo de calor para um consumidor externo Q t e perda de calor no condensador da turbina Q para. Equação Geral do balanço térmico de uma usina de cogeração de turbinas tem a forma

Para a cogeração como um todo, levando em consideração a eficiência da caldeira a vapor h p.k e eficiência do transporte de calor h tr obtemos:

	;	(3.6)
	.	(3.6a)

O valor é basicamente determinado pelo valor valor-valor.

A geração de eletricidade usando calor residual aumenta significativamente a eficiência da geração de eletricidade em CHPPs em comparação com CPPs e leva a uma economia significativa de combustível no país.

Conclusão da primeira parte

Assim, a usina combinada de calor e energia não é uma fonte de poluição em grande escala da área de localização. O planejamento de produção técnica e economicamente justificado nos CHPPs permite alcançar o maior desempenho operacional com o menor custo de todos os tipos de recursos de produção, uma vez que nos CHPPs o calor do vapor “gasto” nas turbinas é usado para as necessidades de produção, aquecimento e aquecimento abastecimento de água

COMPARAÇÃO DE CHPPS RUSSO COM ESTRANGEIRO

Os maiores países produtores de eletricidade do mundo são Estados Unidos, China, que produzem 20% da produção mundial, e Japão, Rússia e Índia, que são 4 vezes inferiores a eles.

China

O consumo de energia da China até 2030, de acordo com a previsão da ExxonMobil, mais que dobrará. Em geral, a participação da China neste momento será responsável por cerca de 1/3 do aumento global da demanda por eletricidade. Essa dinâmica, de acordo com a ExxonMobil, é fundamentalmente diferente da situação nos EUA, onde a previsão de crescimento da demanda é muito moderada.

Atualmente, a estrutura das capacidades de geração da China é a seguinte. Cerca de 80% da eletricidade gerada na China é fornecida por usinas termelétricas a carvão, o que está associado à presença de grandes depósitos de carvão no país. 15% é fornecido por usinas hidrelétricas, 2% é contabilizado por usinas nucleares e 1% cada por óleo combustível, termelétricas a gás e outras usinas (eólica, etc.). Quanto às previsões, no futuro próximo (2020) o papel do carvão no setor energético chinês continuará dominante, mas a participação da energia nuclear (até 13%) e a participação do gás natural (até 7%) 1 aumentar significativamente, cujo uso melhorará significativamente a situação ambiental nas cidades em rápido desenvolvimento da China.

Japão

A capacidade total instalada de usinas no Japão chega a 241,5 milhões de kW. Destes, 60% são termelétricas (incluindo termelétricas a gás - 25%, óleo combustível - 19%, carvão - 16%). As usinas nucleares respondem por 20%, as hidrelétricas por 19% da capacidade total de geração de energia. No Japão, existem 55 usinas termelétricas com capacidade instalada superior a 1 milhão de kW. O maior deles é o gás: Kawagoe(Chubu Electric) - 4,8 milhões de kW, Higashi(Tohoku Electric) - 4,6 milhões de kW, Kashima a óleo (Tokyo Electric) - 4,4 milhões de kW e Hekinan a carvão (Chubu Electric) - 4,1 milhões de kW.

Tabela 1 - Geração de eletricidade em usinas termelétricas de acordo com o IEEJ-Institute of Energy Economics, Japão (Institute of Energy Economics, Japão)

Índia

Cerca de 70% da eletricidade consumida na Índia é gerada por usinas termelétricas. O programa de eletrificação adotado pelas autoridades do país fez da Índia um dos mercados mais atrativos para investimento e promoção de serviços de engenharia. Por anos recentes A república está tomando medidas consistentes para criar uma indústria de energia elétrica completa e confiável. A experiência da Índia é notável pelo fato de que em um país que sofre com a escassez de matérias-primas de hidrocarbonetos, o desenvolvimento de fontes alternativas de energia está sendo buscado ativamente. Uma característica do consumo de eletricidade na Índia, observada por economistas Banco Mundial, é que o crescimento do consumo das famílias é severamente limitado pela falta de acesso à eletricidade para quase 40% dos moradores (de acordo com outras fontes, o acesso à eletricidade é limitado para 43% dos residentes urbanos e 55% dos residentes rurais). Outra doença da indústria de energia local é a falta de confiabilidade dos suprimentos. A falta de energia é uma situação comum mesmo em grandes anos e centros industriais do país.

De acordo com a Agência Internacional de Energia, dadas as realidades econômicas atuais, a Índia é um dos poucos países onde se espera um aumento constante no consumo de eletricidade no futuro próximo. A economia deste país, segundo no mundo em população, é uma das que mais cresce. Nas últimas duas décadas altura média o PIB anual foi de 5,5%. No ano fiscal de 2007/08, de acordo com a Organização Estatística Central da Índia, o PIB atingiu US$ 1.059,9 bilhões, tornando o país a 12ª maior economia do mundo. A estrutura do PIB é dominada pelos serviços (55,9%), seguida pela indústria (26,6%) e Agricultura(17,5%). Ao mesmo tempo, segundo dados não oficiais, em julho deste ano, uma espécie de recorde de cinco anos foi estabelecido no país - a demanda por energia elétrica superou a oferta em 13,8%.

Mais de 50% da eletricidade da Índia é gerada por usinas termelétricas a carvão. A Índia é o terceiro maior produtor mundial de carvão e o terceiro maior consumidor mundial deste recurso, permanecendo um exportador líquido de carvão. Esse tipo de combustível continua sendo o mais importante e mais econômico para a indústria de energia da Índia, onde até um quarto da população vive abaixo da linha da pobreza.

Grã Bretanha

Hoje, no Reino Unido, as usinas a carvão produzem cerca de um terço da eletricidade que o país precisa. Essas usinas emitem milhões de toneladas de gases de efeito estufa e particulam partículas tóxicas na atmosfera, de modo que os ambientalistas constantemente pedem ao governo que feche imediatamente essas usinas. Mas o problema é que não há nada para repor essa parte da eletricidade gerada pelas termelétricas.

Conclusão da segunda parte

Assim, a Rússia é inferior aos maiores países produtores de eletricidade do mundo, Estados Unidos e China, que geram 20% da produção mundial cada um, e está em pé de igualdade com o Japão e a Índia.

CONCLUSÃO

Este ensaio descreve os tipos de usinas combinadas de calor e energia. O diagrama esquemático, a finalidade dos elementos da estrutura e a descrição do seu trabalho são considerados. A principal eficiência da estação foi determinada.

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Data de criação da página: 2016-08-08

Certa vez, quando estávamos entrando na gloriosa cidade de Cheboksary, vindo do leste, minha esposa notou duas enormes torres ao longo da estrada. "E o que é isso?" ela perguntou. Como eu absolutamente não queria mostrar minha ignorância à minha esposa, cavei um pouco na minha memória e emiti uma vitoriosa: “São torres de resfriamento, você não sabe?”. Ela ficou um pouco envergonhada: “Para que servem?” "Bem, algo para esfriar lá, parece." "E o que?". Aí eu fiquei constrangido, porque eu não sabia de jeito nenhum sair mais.

Talvez essa pergunta tenha permanecido para sempre na memória sem resposta, mas milagres acontecem. Alguns meses após este incidente, vejo um post no feed do meu amigo sobre o recrutamento de blogueiros que querem visitar o Cheboksary CHPP-2, o mesmo que vimos da estrada. Tendo que mudar drasticamente todos os seus planos, seria imperdoável perder essa chance!

Então, o que é CHP?

De acordo com a Wikipedia CHP - abreviação de combinação de calor e usina de energia - é um tipo de usina termelétrica que produz não apenas eletricidade, mas também uma fonte de calor, na forma de vapor ou água quente.

Vou contar sobre como tudo funciona abaixo, e aqui você pode ver alguns esquemas simplificados para a operação da estação.

Então, tudo começa com água. Como a água (e o vapor, como seu derivado) é o principal transportador de calor na cogeração, antes de entrar na caldeira, ela deve ser preparada. Para evitar a formação de incrustações nas caldeiras, na primeira etapa, a água deve ser amaciada e, na segunda, deve ser limpa de todo tipo de impurezas e inclusões.

Tudo isso ocorre no território da oficina química, na qual todos esses contêineres e embarcações estão localizados.

A água é bombeada por enormes bombas.

O trabalho da oficina é controlado a partir daqui.

Muitos botões ao redor...

Sensores…

E também elementos completamente obscuros...

A qualidade da água é testada em laboratório. Tudo aqui é sério...

A água aqui obtida, futuramente, chamaremos de "Água Pura".

Então, descobrimos a água, agora precisamos de combustível. Geralmente é gás, óleo combustível ou carvão. Em Cheboksary CHPP-2, o principal tipo de combustível é o gás fornecido através do gasoduto principal Urengoy - Pomary - Uzhgorod. Em muitas estações há um ponto de preparação de combustível. Aqui gás natural, assim como a água é purificada de impurezas mecânicas, sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono.

O CHPP é uma instalação estratégica, operando 24 horas por dia, 365 dias por ano. Portanto, aqui em todo lugar, e para tudo, há uma reserva. O combustível não é exceção. Na ausência de gás natural, nossa estação pode funcionar com óleo combustível, que é armazenado em enormes tanques localizados do outro lado da estrada.

Agora temos água limpa e combustível preparado. Próximo item da nossa viagem - a oficina de caldeiras e turbinas.

É composto por dois departamentos. O primeiro contém caldeiras. Não não assim. No primeiro há CALDEIRAS. Para escrever de forma diferente, a mão não sobe, cada uma, com um prédio de doze andares. No total, são cinco deles no CHPP-2.

Este é o coração da planta CHP, e aqui acontece a ação principal. O gás que entra na caldeira queima, liberando uma quantidade louca de energia. É aí que entra a Água Pura. Após o aquecimento, transforma-se em vapor, mais precisamente em vapor superaquecido tendo uma temperatura de saída de 560 graus e uma pressão de 140 atmosferas. Também o chamaremos de "Vapor puro" porque é formado a partir de água preparada.

Além do vapor, também temos escape na saída. Na potência máxima, todas as cinco caldeiras consomem quase 60 metros cúbicos de gás natural por segundo! Para remover os produtos da combustão, você precisa de um cachimbo de "fumaça" não infantil. E há um também.

O tubo pode ser visto de praticamente qualquer área da cidade, dada a altura de 250 metros. Eu suspeito que este é o alta estrutura em Cheboksary.

Perto está um tubo um pouco menor. Reserve novamente.

Se a usina de cogeração for a carvão, é necessário um tratamento de exaustão adicional. Mas, no nosso caso, isso não é necessário, pois o gás natural é usado como combustível.

Na segunda seção da oficina de caldeiras e turbinas existem instalações que geram eletricidade.

Quatro deles estão instalados na praça de máquinas do Cheboksary CHPP-2, com capacidade total de 460 MW (megawatts). É aqui que o vapor superaquecido da sala da caldeira é fornecido. Ele, sob enorme pressão, é enviado para as pás da turbina, forçando o rotor de trinta toneladas a girar a uma velocidade de 3.000 rpm.

A instalação é composta por duas partes: a própria turbina e um gerador que gera eletricidade.

E aqui está a aparência do rotor da turbina.

Sensores e medidores estão por toda parte.

Tanto as turbinas quanto as caldeiras podem ser paradas instantaneamente em caso de emergência. Para isso, existem válvulas especiais que podem desligar o fornecimento de vapor ou combustível em uma fração de segundo.

Curiosamente, existe uma paisagem industrial ou um retrato industrial? Tem sua própria beleza.

Há um barulho terrível na sala e, para ouvir um vizinho, você precisa forçar muito a audição. Além disso, está muito quente. Quero tirar o capacete e ficar só com a camiseta, mas não posso fazer isso. Por razões de segurança, roupas de manga curta são proibidas na planta CHP, há muitos tubos quentes.

Na maioria das vezes, a oficina está vazia, as pessoas aparecem aqui uma vez a cada duas horas, durante uma rodada. E o funcionamento do equipamento é controlado a partir do Painel de Controle Principal (Grupo de Painéis de Controle para Caldeiras e Turbinas).

É assim que a estação de serviço se parece.

Existem centenas de botões ao redor.

E dezenas de sensores.

Alguns são mecânicos e alguns são eletrônicos.

Esta é a nossa excursão, e as pessoas estão trabalhando.

No total, após a oficina de caldeiras e turbinas, na saída temos eletricidade e vapor que esfriou parcialmente e perdeu parte de sua pressão. Com eletricidade, parece ser mais fácil. Na saída de diferentes geradores, a tensão pode ser de 10 a 18 kV (quilovolt). Com a ajuda de transformadores de bloco, sobe para 110 kV e, em seguida, a eletricidade pode ser transmitida por longas distâncias usando linhas de transmissão de energia (linhas de energia).

Não é lucrativo liberar o restante do “Vapor Limpo” para o lado. Como é formado a partir de "Água Pura", cuja produção é um processo bastante complicado e caro, é mais conveniente resfriá-lo e devolvê-lo à caldeira. E assim em um círculo vicioso. Mas com sua ajuda e com a ajuda de trocadores de calor, você pode aquecer água ou produzir vapor secundário, que pode ser vendido com segurança a consumidores terceirizados.

Em geral, é assim que recebemos calor e eletricidade em nossas casas, tendo o conforto e aconchego de sempre.

Oh sim. Por que as torres de resfriamento são necessárias?

O mundo moderno exige uma enorme quantidade de energia (elétrica e térmica), que é produzida em usinas Vários tipos.

O homem aprendeu a extrair energia de diversas fontes (combustível de hidrocarbonetos, recursos nucleares, queda d'água, vento, etc.), porém, até hoje, as usinas termelétricas e nucleares continuam sendo as mais populares e eficientes, que serão discutidas.

O que é uma usina nuclear?

Uma usina nuclear (NPP) é uma instalação que usa a reação de decaimento do combustível nuclear para produzir energia.

Tentativas de usar uma reação nuclear controlada (isto é, controlada, previsível) para gerar eletricidade foram feitas por cientistas soviéticos e americanos ao mesmo tempo - nos anos 40 do século passado. Na década de 1950, o "átomo pacífico" tornou-se uma realidade e, em muitos países do mundo, começaram a construir usinas nucleares.

O nó central de qualquer usina nuclear é uma instalação nuclear na qual a reação ocorre. Durante o decaimento de substâncias radioativas, uma enorme quantidade de calor é liberada. A energia térmica liberada é utilizada para aquecer o refrigerante (geralmente água), que, por sua vez, aquece a água do circuito secundário até que ela se transforme em vapor. O vapor quente gira as turbinas, que geram eletricidade.

As disputas sobre a conveniência de usar a energia nuclear para gerar eletricidade não diminuem no mundo. Os defensores das usinas nucleares falam sobre sua alta produtividade, a segurança da última geração de reatores e o fato de que essas usinas não poluem o meio ambiente. Os opositores argumentam que as usinas nucleares são potencialmente extremamente perigosas, e sua operação e, especialmente, o descarte de combustível irradiado estão associados a custos enormes.

O que é TES?

As usinas termelétricas são o tipo mais tradicional e difundido de usinas de energia no mundo. As usinas termelétricas (como esta abreviação significa) geram eletricidade queimando combustíveis de hidrocarbonetos - gás, carvão, óleo combustível.

O esquema de operação de uma usina termelétrica é o seguinte: quando o combustível é queimado, um grande número de energia térmica que aquece a água. A água se transforma em vapor superaquecido, que é alimentado no turbogerador. Girando, as turbinas acionam as partes do gerador elétrico, gerando energia elétrica.

Em alguns CHPPs, não há fase de transferência de calor para o refrigerante (água). Eles usam usinas de turbinas a gás, nas quais a turbina é girada por gases obtidos diretamente da combustão do combustível.

Uma vantagem significativa dos TPPs é a disponibilidade e o relativo baixo custo do combustível. No entanto, as usinas termelétricas também apresentam desvantagens. Em primeiro lugar, é uma ameaça ao meio ambiente. Quando o combustível é queimado, uma grande quantidade de Substâncias nocivas. Para tornar as usinas termelétricas mais seguras, vários métodos são usados, incluindo: enriquecimento de combustível, instalação de filtros especiais que retêm compostos nocivos, uso de recirculação de gases de combustão, etc.

O que é um CHP?

O próprio nome desta instalação lembra a anterior e, de fato, as CHPPs, como as usinas termelétricas, convertem a energia térmica do combustível queimado. Mas, além da eletricidade, as usinas termelétricas (como CHP significa) fornecem calor aos consumidores. As centrais de cogeração são especialmente relevantes em zonas de clima frio, onde é necessário fornecer calor a edifícios residenciais e industriais. É por isso que existem tantas usinas termelétricas na Rússia, onde é tradicionalmente usado aquecimento central e abastecimento urbano de água.

De acordo com o princípio de operação, as CHPPs são classificadas como usinas de condensação, mas, diferentemente delas, nas usinas combinadas de calor e energia, parte da energia térmica gerada é usada para gerar eletricidade e a outra parte é usada para aquecer o refrigerante, que é fornecido ao consumidor.

As centrais de cogeração são mais eficientes do que as centrais térmicas convencionais porque permitem o máximo aproveitamento da energia recebida. Afinal, após a rotação do gerador elétrico, o vapor permanece quente, e essa energia pode ser utilizada para aquecimento.

Além das usinas termelétricas, existem usinas térmicas nucleares, que no futuro devem desempenhar um papel de liderança no fornecimento de eletricidade e calor das cidades do norte.

24 de outubro de 2012

A energia elétrica faz parte de nossas vidas há muito tempo. Até o filósofo grego Tales descobriu no século VII aC que o âmbar, usado na lã, começa a atrair objetos. Mas por muito tempo ninguém prestou atenção a este fato. Somente em 1600 surgiu o termo “Eletricidade” e em 1650 Otto von Guericke criou uma máquina eletrostática na forma de uma bola de enxofre montada em uma haste de metal, que possibilitou observar não apenas o efeito de atração, mas também o efeito de repulsão. Foi a primeira máquina eletrostática simples.

Muitos anos se passaram desde então, mas ainda hoje, em um mundo repleto de terabytes de informações, quando você pode descobrir tudo o que lhe interessa, para muitos permanece um mistério como a eletricidade é produzida, como ela é entregue em nossa casa, escritório , empreendimento ...

Vamos dar uma olhada nesses processos em algumas partes.

Parte I. Geração de energia elétrica.

De onde vem a energia elétrica? Essa energia surge de outros tipos de energia - térmica, mecânica, nuclear, química e muitas outras. Em escala industrial, a energia elétrica é obtida em usinas de energia. Considere apenas os tipos mais comuns de usinas de energia.

1) Usinas térmicas. Hoje, eles podem ser combinados por um termo - GRES (Central Estadual Distrital). Claro, hoje este termo perdeu seu significado original, mas não foi para a eternidade, mas permaneceu conosco.

As usinas termelétricas são divididas em vários subtipos:

MAS) Uma usina de condensação (CPP) é uma usina termelétrica que produz apenas energia elétrica; esse tipo de usina deve seu nome às peculiaridades do princípio de funcionamento.

Princípio de funcionamento: O ar e o combustível (gasoso, líquido ou sólido) são fornecidos à caldeira por meio de bombas. Acontece uma mistura ar-combustível que queima no forno da caldeira, liberando uma enorme quantidade de calor. Nesse caso, a água passa pelo sistema de tubulação, localizado dentro da caldeira. O calor liberado é transferido para essa água, enquanto sua temperatura aumenta e é levada à ebulição. O vapor que foi recebido na caldeira volta novamente para a caldeira para superaquecê-la acima do ponto de ebulição da água (a uma determinada pressão), depois entra na turbina a vapor através das tubulações de vapor, nas quais o vapor realiza trabalho. À medida que se expande, sua temperatura e pressão diminuem. Assim, a energia potencial do vapor é transferida para a turbina, o que significa que é convertida em energia cinética. A turbina, por sua vez, aciona o rotor de um alternador trifásico, que fica no mesmo eixo da turbina e produz energia.

Vamos dar uma olhada em alguns elementos do IES.

Turbina a vapor.

O fluxo de vapor de água entra pelas palhetas guia nas pás curvilíneas fixadas ao redor da circunferência do rotor e, agindo sobre elas, faz com que o rotor gire. Entre as fileiras de omoplatas, como você pode ver, há lacunas. Eles estão lá porque este rotor é removido da carcaça. Fileiras de lâminas também são embutidas no corpo, mas são estacionárias e servem para criar o ângulo desejado de incidência do vapor nas lâminas em movimento.

As turbinas a vapor de condensação são usadas para converter a maior parte possível do calor do vapor em trabalho mecânico. Eles trabalham com a liberação (exaustão) do vapor de exaustão no condensador, que é mantido sob vácuo.

Uma turbina e um gerador que estão no mesmo eixo são chamados de turbogerador. Alternador trifásico (máquina síncrona).

Isso consiste de:

O que aumenta a tensão para um valor padrão (35-110-220-330-500-750 kV). Nesse caso, a corrente diminui significativamente (por exemplo, com um aumento na tensão em 2 vezes, a corrente diminui em 4 vezes), o que possibilita a transmissão de energia a longas distâncias. Deve-se notar que quando falamos de classe de tensão, queremos dizer tensão linear (fase-fase).

A potência ativa que o gerador produz é regulada alterando a quantidade de portadora de energia, enquanto altera a corrente no enrolamento do rotor. Para aumentar a potência ativa de saída, é necessário aumentar o fornecimento de vapor à turbina, enquanto a corrente no enrolamento do rotor aumentará. Não se deve esquecer que o gerador é síncrono, o que significa que sua frequência é sempre igual à frequência da corrente no sistema de potência, e a alteração dos parâmetros da portadora de energia não afetará a frequência de sua rotação.

Além disso, o gerador também gera energia reativa. Ele pode ser usado para regular a tensão de saída dentro de pequenos limites (ou seja, não é o principal meio de regulação de tensão no sistema de energia). Funciona desta forma. Quando o enrolamento do rotor está superexcitado, ou seja, quando a tensão no rotor se eleva acima do valor nominal, o “excedente” de potência reativa é fornecido ao sistema de potência, e quando o enrolamento do rotor está subexcitado, a potência reativa é consumida pelo gerador.

Assim, em corrente alternada, estamos falando de potência total (medida em volt-amperes - VA), que é igual à raiz quadrada da soma de ativo (medido em watts - W) e reativo (medido em volt-amperes reativos - VAR).

A água no reservatório serve para remover o calor do condensador. No entanto, as piscinas de pulverização são frequentemente usadas para esse fim.

ou torres de resfriamento. Torres de resfriamento são torre Fig. 8

ou ventilador Fig.9

As torres de resfriamento são dispostas quase da mesma maneira, com a única diferença de que a água flui pelos radiadores, transfere calor para eles e já são resfriados pelo ar forçado. Nesse caso, parte da água evapora e é levada para a atmosfera.
A eficiência de tal usina não excede 30%.

B) Usina de turbina a gás.

No usina de turbina a gás o turbogerador é acionado não pelo vapor, mas diretamente pelos gases produzidos durante a combustão do combustível. Neste caso, apenas o gás natural pode ser usado, caso contrário, a turbina irá parar rapidamente devido à sua poluição com produtos de combustão. Eficiência na carga máxima 25-33%

Eficiência muito maior (até 60%) pode ser obtida combinando ciclos de vapor e gás. Tais instalações são chamadas de usinas de ciclo combinado. Em vez de uma caldeira convencional, eles têm uma caldeira de calor residual que não possui queimadores próprios. Ele recebe calor da turbina de gás de exaustão. Atualmente, os CCGTs estão sendo ativamente introduzidos em nossas vidas, mas até agora não há muitos deles na Rússia.

NO) Usinas combinadas de calor e energia (tornaram-se parte integrante das grandes cidades por muito tempo). Fig. 11

O CHPP é estruturalmente organizado como uma usina de condensação (CPP). A peculiaridade desse tipo de usina é que ela pode gerar simultaneamente energia térmica e elétrica. Dependendo do tipo de turbina a vapor, existem várias maneiras extrações de vapor, que permitem extrair vapor com diferentes parâmetros. Neste caso, parte do vapor ou todo o vapor (dependendo do tipo de turbina) entra no aquecedor da rede, aquece e condensa lá. As turbinas de cogeração permitem ajustar a quantidade de vapor para necessidades térmicas ou industriais, o que permite a CHP operar em vários modos de carga:

térmica - a geração de energia elétrica é totalmente dependente da geração de vapor para necessidades industriais ou de aquecimento.

elétrica - a carga elétrica é independente da térmica. Além disso, os CHPs podem operar no modo de condensação total. Isso pode ser necessário, por exemplo, em caso de falta acentuada de potência ativa no verão. Tal regime é desfavorável para CHPPs, porque eficiência cai significativamente.

A produção simultânea de eletricidade e calor (cogeração) é um processo lucrativo em que a eficiência da estação aumenta significativamente. Assim, por exemplo, a eficiência calculada de um CPP é no máximo 30% e para um CHP é de cerca de 80%. Além disso, a cogeração permite reduzir as emissões térmicas ociosas, o que tem um efeito positivo na ecologia da área em que a CHPP está localizada (em comparação com se houvesse uma CPP de mesma capacidade).

Vamos dar uma olhada mais de perto na turbina a vapor.

Para aquecimento distrital turbinas a vapor incluem turbinas com:

contrapressão;

Extração de vapor ajustável;

Seleção e contrapressão.

As turbinas com contrapressão funcionam com a saída de vapor não para o condensador, como no IES, mas para o aquecedor da rede, ou seja, todo o vapor que passou pela turbina vai para as necessidades de aquecimento. O projeto de tais turbinas tem uma desvantagem significativa: o cronograma de carga elétrica é completamente dependente do cronograma de carga térmica, ou seja, tais dispositivos não podem participar da regulação operacional da frequência de corrente no sistema de energia.

Nas turbinas com extração controlada de vapor, ele é extraído na quantidade necessária nas etapas intermediárias, escolhendo-se as etapas de extração de vapor, que são adequadas neste caso. Este tipo de turbina é independente da carga térmica e a regulação da potência ativa de saída pode ser ajustada em maior medida do que em uma usina de cogeração de contrapressão.

As turbinas de extração e contrapressão combinam as funções dos dois primeiros tipos de turbinas.

As turbinas de cogeração de CHPPs nem sempre são capazes de alterar a carga de calor em um curto período de tempo. Para cobrir os picos de carga e, às vezes, aumentar a potência elétrica, transferindo as turbinas para o modo de condensação, as caldeiras de água quente de pico são instaladas na CHPP.

2) Usinas nucleares.

Existem atualmente 3 tipos de usinas de reatores na Rússia. Princípio geral seu trabalho é semelhante ao trabalho do IES(antigamente, as usinas nucleares eram chamadas de GRES). A diferença fundamental é apenas que a energia térmica é obtida não em caldeiras de combustível fóssil, mas em reatores nucleares.

Considere os dois tipos mais comuns de reatores na Rússia.

1) reator RBMK.

Uma característica distintiva deste reator é que o vapor para girar a turbina é produzido diretamente no núcleo do reator.

Núcleo RBMK. Fig.13

consiste em colunas verticais de grafite nas quais existem furos longitudinais, com tubos feitos de liga de zircônio e aço inoxidável inseridos neles. O grafite atua como moderador de nêutrons. Todos os canais são divididos em canais de combustível e CPS (sistema de controle e proteção). Eles têm diferentes circuitos de refrigeração. Um cassete (FA - conjunto de combustível) com hastes (TVEL - elemento de combustível) é inserido nos canais de combustível, dentro dos quais existem pastilhas de urânio em um invólucro selado. É claro que é deles que eles recebem energia térmica, que é transferida para um transportador de calor que circula continuamente de baixo para cima sob alta pressão - comum, mas muito bem purificado de impurezas, água.

A água, passando pelos canais de combustível, evapora parcialmente, a mistura vapor-água flui de todos os canais individuais de combustível para 2 tambores separadores, onde ocorre a separação (separação) do vapor da água. A água entra novamente no reator com a ajuda de bombas de circulação (de 4 no total por loop) e o vapor passa por tubulações de vapor para 2 turbinas. Então o vapor condensa no condensador, vira água, que volta para o reator.

A potência térmica do reator é controlada apenas por hastes absorvedoras de nêutrons de boro que se movem nos canais CPS. A água que resfria esses canais vai de cima para baixo.

Como você pode ver, eu nunca mencionei o vaso do reator ainda. O fato é que de fato o RBMK não possui casco. A zona ativa, da qual acabei de falar, é colocada em um poço de concreto, no topo é fechada com uma tampa pesando 2.000 toneladas.

A figura mostra a proteção biológica superior do reator. Mas você não deve esperar que, ao levantar um dos blocos, você possa ver a ventilação verde-amarelada da zona ativa, não. A própria tampa está localizada muito mais abaixo e, acima dela, no espaço até a proteção biológica superior, há uma lacuna para canais de comunicação e hastes absorvedoras completamente removidas.

O espaço é deixado entre as colunas de grafite para expansão térmica do grafite. Uma mistura de gases nitrogênio e hélio circula neste espaço. De acordo com sua composição, a estanqueidade dos canais de combustível é julgada. O núcleo RBMK é projetado para quebrar no máximo 5 canais, se mais for despressurizado, a tampa do reator sairá e os canais restantes serão abertos. Tal desenvolvimento de eventos causará uma repetição da tragédia de Chernobyl (aqui não me refiro ao desastre causado pelo homem em si, mas suas consequências).

Considere as vantagens do RBMK:

— Graças à regulação canal a canal da energia térmica, é possível trocar os conjuntos de combustível sem parar o reator. Todos os dias, geralmente, eles mudam várias montagens.

—Baixa pressão no MPC (circuito de circulação forçada múltipla), o que contribui para um curso mais brando de acidentes associados à sua despressurização.

— Ausência de vaso de pressão do reator de difícil fabricação.

Considere os contras do RBMK:

—Durante a operação, vários erros de cálculo foram encontrados na geometria do núcleo, que não podem ser completamente eliminados nas unidades de potência operacionais da 1ª e 2ª gerações (Leningrado, Kursk, Chernobyl, Smolensk). As unidades de energia RBMK da 3ª geração (é a única - na 3ª unidade de energia da central nuclear de Smolensk) são desprovidas dessas deficiências.

- Reator de um circuito. Ou seja, as turbinas são giradas por vapor obtido diretamente no reator. Isso significa que ele contém componentes radioativos. Se a turbina for despressurizada (e isso aconteceu na usina nuclear de Chernobyl em 1993), seu reparo será muito complicado, e talvez até impossível.

— A vida útil do reator é determinada pela vida útil do grafite (30-40 anos). Então vem sua degradação, manifestada em seu inchaço. Este processo já está causando sérias preocupações na unidade de energia mais antiga RBMK Leningrad-1, construída em 1973 (já tem 39 anos). A saída mais provável da situação é abafar o enésimo número de canais para reduzir a expansão térmica do grafite.

— O moderador de grafite é um material combustível.

— Devido ao grande número de válvulas de fechamento, o reator é difícil de gerenciar.

- Nas 1ª e 2ª gerações, há instabilidade ao operar em baixas potências.

De modo geral, podemos dizer que o RBMK é um bom reator para a época. Atualmente, foi tomada a decisão de não construir unidades de energia com esse tipo de reatores.

2) Reator VVER.

O RBMK está sendo substituído pelo VVER. Tem vantagens significativas sobre o RBMK.

A zona ativa está completamente localizada em uma caixa muito forte, que é fabricada na fábrica e trazida por via férrea, e depois de carroà unidade de potência em construção em uma forma completamente acabada. O moderador é água pura sob pressão. O reator consiste em 2 circuitos: a água do circuito primário sob alta pressão resfria os conjuntos de combustível, transferindo calor para o 2º circuito usando um gerador de vapor (atua como trocador de calor entre 2 circuitos isolados). Nele, a água do segundo circuito ferve, vira vapor e vai para a turbina. No circuito primário, a água não ferve, pois está sob pressão muito alta. O vapor de exaustão condensa no condensador e volta para o gerador de vapor. O esquema de dois circuitos tem vantagens significativas em comparação com o de circuito único:

O vapor que vai para a turbina não é radioativo.

A potência do reator pode ser controlada não apenas por hastes absorvedoras, mas também por uma solução de ácido bórico, o que torna o reator mais estável.

Os elementos do circuito primário estão localizados muito próximos uns dos outros, para que possam ser colocados em uma contenção comum. Com quebras no circuito primário elementos radioativos entrar na contenção e não será liberado no meio ambiente. Além disso, a contenção protege o reator de influências externas (por exemplo, da queda de uma pequena aeronave ou explosão fora do perímetro da estação).

O reator não é difícil de gerenciar.

Há também desvantagens:

—Ao contrário do RBMK, o combustível não pode ser trocado enquanto o reator está funcionando, porque está localizado em um prédio comum, e não em canais separados, como no RBMK. O tempo de reabastecimento de combustível geralmente coincide com o tempo de manutenção, o que reduz o impacto deste fator no ICF (fator de potência instalado).

— O circuito primário está sob alta pressão, o que poderia causar um acidente de despressurização maior do que o RBMK.

— O recipiente do reator é muito difícil de transportar da fábrica para o local de construção da central nuclear.

Bem, consideramos o trabalho das usinas termelétricas, agora vamos considerar o trabalho

O princípio de funcionamento de uma usina hidrelétrica é bastante simples. Uma cadeia de estruturas hidráulicas fornece a pressão necessária da água que flui para as pás de uma turbina hidráulica, que aciona geradores que geram eletricidade.

A pressão de água necessária é formada através da construção de uma barragem, e como resultado da concentração do rio em determinado local, ou por derivação - o fluxo natural da água. Em alguns casos, tanto uma barragem quanto uma derivação são usadas juntas para obter a pressão de água necessária. As UHEs têm uma flexibilidade muito alta de energia gerada, bem como um baixo custo de eletricidade gerada. Essa característica da usina hidrelétrica levou à criação de outro tipo de usina - a usina hidrelétrica reversível. Tais estações são capazes de acumular a eletricidade gerada e colocá-la em uso nos horários de pico de carga. O princípio de funcionamento dessas usinas é o seguinte: durante determinados períodos (geralmente à noite), as hidrelétricas da UHE funcionam como bombas, consumindo energia elétrica do sistema elétrico e bombeando água para piscinas superiores especialmente equipadas. Quando há demanda (durante os picos de carga), a água deles entra na tubulação de pressão e aciona as turbinas. Os PSPPs desempenham uma função extremamente importante no sistema elétrico (controle de frequência), mas não são muito utilizados em nosso país, pois. Como resultado, eles consomem mais energia do que fornecem. Ou seja, uma estação desse tipo não é lucrativa para o proprietário. Por exemplo, no PSP de Zagorskaya, a potência dos geradores hidrelétricos no modo gerador é de 1200 MW e no modo bomba - 1320 MW. No entanto, este tipo de estação é mais adequado para um rápido aumento ou diminuição da energia gerada, pelo que é vantajoso construí-las perto, por exemplo, de uma central nuclear, uma vez que estas operam no modo base.

Vimos como a energia elétrica é produzida. É hora de se fazer uma pergunta séria: "E que tipo de estações atende melhor a todos os requisitos modernos de confiabilidade, respeito ao meio ambiente e, além disso, também será diferenciado por um baixo custo de energia?" Cada um responderá a esta pergunta de forma diferente. Aqui está a minha lista de "melhores dos melhores".

1) CHPP em gás natural. A eficiência dessas usinas é muito alta e o custo do combustível também é alto, mas o gás natural é um dos tipos de combustível mais “limpos”, e isso é muito importante para a ecologia da cidade, dentro dos limites da qual as térmicas Usinas elétricas geralmente estão localizadas.

2) HPP e PSP. As vantagens em relação às termelétricas são óbvias, pois esse tipo de usina não polui a atmosfera e produz a energia “mais barata”, que, além disso, é um recurso renovável.

3) CCGT no gás natural. A maior eficiência entre as usinas térmicas, bem como uma pequena quantidade de combustível consumido, resolverão parcialmente o problema poluição térmica biosfera e combustíveis fósseis limitados.

4) NPP. Em operação normal, uma usina nuclear emite 3-5 vezes menos substâncias radioativas no meio ambiente do que uma usina termelétrica com a mesma capacidade, portanto, a substituição parcial de usinas térmicas por usinas nucleares é totalmente justificada.

5) GRES. Atualmente, tais postos utilizam o gás natural como combustível. Isso é absolutamente sem sentido, pois com o mesmo sucesso é possível utilizar gás de petróleo associado (APG) ou queimar carvão nos fornos da usina estadual, cujas reservas são enormes em comparação com as reservas de gás natural.

Isso conclui a primeira parte do artigo.

Material preparado:
aluno do grupo ES-11b SWGU Agibalov Sergey.